Kanalverzerrungen

Kanalverzerrungen bezeichnet Veränderungen des übertragenen Signals durch den Übertragungskanal, die das zeitliche Verlaufsmuster oder das Frequenzspektrum des Signals beeinträchtigen. Sie können linear oder nichtlinear sein, zeitlich konstant oder zeitvariant auftreten und frequenzabhängig oder breitbandig wirken. Typische Anwendungsfelder sind drahtgebundene Systeme (Kupferkabel, Glasfaser), Funknetze und optische Kommunikationskanäle.

Zu den wichtigsten Verzerrungsarten gehören: lineare Verzerrungen, bei denen Amplitude und Phase des Signals in Abhängigkeit von der Frequenz verändert werden; zeitvariante Verzerrungen, die durch Bewegung, Doppler oder wechselnde Kanalbedingungen entstehen; und nichtlineare Verzerrungen, die durch Verstärker- oder Modulationsprozesse hervorgerufen werden. Frequenzselektive Verzerrungen entstehen durch Mehrwegeausbreitung oder Dispersion und führen oft zu Inter-Symbol-Interference (ISI).

Ursachen sind die physikalischen Eigenschaften des Kanals, wie Leitungsverlauf, Materialeinflüsse, Mehrwegepfade, Dämpfung, Dispersion sowie nichtlineare Effekte in Endgeräten oder Verstärkern. Die Auswirkungen reichen von erhöhten Fehlerkorndichte (BER) über ISI bis hin zu Phasenfehlern und spektraler Verbreiterung, die die Demodulation erschweren.

Messung und Modellierung erfolgen typischerweise über die Kanalübertragungsfunktion H(f) oder die Impulsantwort h(t). Kanalzustände werden mit Pilot- oder Training-Signalen geschätzt, oft ergänzt durch statistische Modellierung.

Gegenmaßnahmen umfassen Kanalcodierung und robuste Modulationsschemata, Equalisierung (lineare oder decision-feedback-Equalizer, adaptive Filter), Vorverzerrung, Timing- und Synchronisationsmethoden sowie Mehrantennentechniken (MIMO) zur Verbesserung der Robustheit. Je nach Anwendung kommen zusätzlich FEC, Soft-Decision-Decoding und adaptive Modulationsverfahren zum Einsatz. Anwendungen finden sich in Mobilfunk, WLAN, Glasfaser- und Satellitenkommunikation sowie in Audio-/Videoübertragung, wo Verzerrungen die Qualität maßgeblich beeinflussen.